(57)【要約】【課題】  左右の列に非対称の負荷が作用する用途に用いられる。負荷に応じた適正な支持が各列で行えて、実質寿命を延長することができ、また材料に無駄のない経済的な複列転がり軸受とする。【解決手段】  内輪２と外輪３との間に複列に転動体４，５を介在させる。左右の列の転動体４，５を、互いに寸法の異なるものとする。また、左右の列の接触角θ１，θ２を互いに異ならせる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪との間に複列に転動体を介在させた複列転がり軸受において、軸受幅の中心に対する左右の列の軸受部分における負荷容量を互いに異ならせたことを特徴とする複列転がり軸受。
【請求項２】
内輪と外輪との間に複列に転動体を介在させた複列転がり軸受において、軸受幅の中心に対する左右の列の転動体の寸法を互いに異なるものとしたことを特徴とする複列転がり軸受。
【請求項３】
内輪と外輪との間に複列に転動体を介在させた複列転がり軸受において、左右の列の軸受部分が接触角を有し、これら接触角の大きさが互いに異なることを特徴とする複列転がり軸受。
【請求項４】
内輪と外輪との間に複列に転動体を介在させた複列転がり軸受において、軸受幅の中心に対する左右の列の転動体の寸法を互いに異なるものとし、かつ左右の列の軸受部分が接触角を有し、これら接触角の大きさを互いに異なるものとしたことを特徴とする複列転がり軸受。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかにおいて、外輪を一体型とし、この外輪の外径面を球面状として調心性を持たせた複列転がり軸受。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、複列円すいころ軸受である複列転がり軸受。
【請求項７】
請求項１ないし請求項５のいずれかにおいて、複列アンギュラ玉軸受である複列転がり軸受。
【請求項８】
請求項１または請求項２において、複列円筒ころ軸受である複列転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、複列軸受が使用され両列に不均等な荷重が負荷される用途、例えば風力発電機の主軸軸受、歯車変速機、分配機等に適用される複列転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
複列の転がり軸受が使用される用途において、両列に作用する荷重が大きく異なる場合が多くある。例えば、風力発電機のブレードが取付けられた主軸を支持する軸受として、複列自動調心軸受が使用されている（例えば、非特許文献１）。上記主軸を支持する軸受は、ブレードが風を受けることにより、一方向のスラスト荷重が負荷される。そのため、複列ころのうち、片方の列がスラスト荷重を受けることなって、負荷が大きくなる。また歯車変速機や分配機等で、歯車支持軸や歯車を支える軸受として、複列ころ軸受、例えば複列自動調心ころ軸受や、複列円筒ころ軸受、複列アンギュラ玉軸受などが使用される。この場合、荷重点（通常は歯車のある位置）に近い列が大きな荷重を受ける。
【非特許文献１】ＮＴＮ社カタログ「新世代風車用軸受」Ａ６５．ＣＡＴ．Ｎｏ．８４０４／０４／ＪＥ、２００３年５月１日発行
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の風力発電機の主軸支持用の複列軸受では、スラスト荷重を支える列の負荷が大きくなり、転がり疲労寿命が短くなる。また、上記歯車変速機や分配機等の歯車支持軸を支える軸受においては、歯車の位置等にある荷重点に近い列が大きな荷重を受け、他の列に比べて転がり疲労寿命が短くなる。そのため、軸受サイズが大きなものを用いて対処されるが、軽負荷側では余裕が大きくなり過ぎ、不経済である。
【０００４】
この発明の目的は、左右の列に非対称の負荷が作用する用途に用いられた場合に、負荷に応じた適正な支持が各列で行えて、実質寿命を延長することができ、また材料に無駄のない経済的な複列転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明の複列転がり軸受は、内輪と外輪との間に複列に転動体を介在させた複列転がり軸受において、軸受幅の中心に対する左右の列の軸受部分における負荷容量を互いに異ならせたことを特徴とする。この複列転がり軸受は、ラジアル荷重およびスラスト荷重の両方の支持が可能な軸受であっても、またラジアル荷重のみの支持が可能な軸受であっても良い。ラジアル荷重およびスラスト荷重の両方の支持が可能な軸受の場合、上記の互いに異ならせる負荷容量は、ラジアル負荷およびスラスト負荷に対するいずれの負荷容量であっても、また両方であっても良い。
このように、左右の列の負荷容量を互いに異ならせると、左右の列に非対称の負荷が作用する用途に用いられた場合に、負荷に応じた適正な支持が各列で行える。これにより、荷重条件の厳しい列の転がり疲労寿命が向上し、軸受全体としての転がり疲労寿命が向上する。したがって、軽負荷側の列で、負荷容量の余裕が大きくなり過ぎて材料の無駄が生じることがなく、経済性に優れたものとなる。
【０００６】
左右の列の軸受部分における負荷容量を互いに異ならせる構成としては、例えば、左右の列の転動体の寸法を互いに異なるものとする。転動体の寸法が大きくなると、負荷容量が増大する。転動体は、玉であっても、ころであっても良い。転動体がころである場合、幅寸法および外径寸法のいずれか片方または両方について、左右の列で寸法が互いに異なるものとする。
【０００７】
左右の列の軸受部分における負荷容量を互いに異ならせる構成としては、この他に、左右の列の軸受部分が接触角を有する軸受の場合、接触角の大きさを互いに異ならせても良い。左右の列の接触角は、例えば互いに逆向きとされる。また、左右の列の転動体の寸法を互いに異なるものとし、かつ左右の列の接触角の大きさを互いに異ならせても良い。
接触角については、接触角が大きくなるに従い、ラジアル負荷に対してスラスト負荷の支持力の割合が増大する。そのため、接触角を大きくした列のスラスト支持力が大きくなる。
【０００８】
この発明における上記各構成の複列転がり軸受は、いずれも、外輪を一体型として、この外輪の外径面を球面状としても良い。外輪の外径面を球面状とすることで、外輪が嵌合する軸受ハウジングに対して外輪の角度が可変となり、調心性を持たせることができる。  軸受に調心性を持たせることで、軸受ハウジングの精度誤差や、取付誤差による軸の傾きを吸収でき、また運転中の軸の撓みを吸収できる。これにより、無理な負荷が回避できて、転がり疲労寿命がより一層向上する。特に、左右の列に非対称の荷重が作用する条件下では、調心性を持たせることによる無理な荷重の逃がし作用が効果的となる。また、外輪の外径面を球面状とすることで調心性を持たせるため、例えば一般的な自動調心軸受等のように、表面精度の要求の高い外輪の軌道面を球面状とするものに比べて、製造が簡単である。
【０００９】
この発明における上記各構成の複列転がり軸受は、複列円すいころ軸受であっても、また複列アンギュラ玉軸受であっても良い。円すいころ軸受およびアンギュラ玉軸受は、いずれも接触角を持つ。これら複列円すいころ軸受または複列アンギュラ玉軸受の場合に、左右の列で転動体寸法および接触角のうちのいずれか片方だけを異なるものとしても、また両方が異なるものとしても良い。
【００１０】
この発明における複列転がり軸受は、円筒ころ軸受であっても良い。円筒ころ軸受の場合、ころの幅寸法および外径寸法のいずれか一方または両方を、左右の列で異ならせることで、ラジアル負荷容量を左右で異なるものとできる。円筒ころ軸受の場合に、軸受幅の中心に対する左右の列の軸受部分をそれぞれ複列としても良い。
これら円すいころ軸受、玉軸受、および円筒ころ軸受のいずれの場合も、外輪の外径面を球面状とすることで調心性を持たせたものとしても良い。
【発明の効果】
【００１１】
この発明の複列転がり軸受は、左右の列の軸受部分における負荷容量を互いに異ならせたものであるため、左右の列に非対称の負荷が作用する用途に用いられた場合に、負荷に応じた適正な支持が各列で行えて、実質寿命を延長することができ、また材料に無駄のない経済的なものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
この発明の第１の実施形態を図１と共に説明する。この実施形態は複列の円すいころ軸受に適用したものである。この複列転がり軸受１は、内輪２と外輪３との間に複列に円すいころからなる転動体４，５を介在させ、次のように左右列を非対称としたものである。各列の転動体４，５は、各列毎に保持器６，６により保持されている。
【００１３】
外輪３は一体型とされ、内周に設けられた両列の軌道面３ａ，３ｂは、互いに外側に向く円すい面とされている。これにより、両列に接触角θ１，θ２が与えられている。これら接触角θ１，θ２は、互いに同じであっても良いが、この実施形態では互いに異なる大きさとしてある。すなわち、スラスト荷重の主支持側の列の接触角θ１を大きくしてある。外輪３の外径面３ｃは球面状とされている。なお、外輪３は、必ずしも一体型でなくても良く、軸方向に並ぶ２個の分割外輪（図示せず）からなるものとしても良い。また外輪３の外径面３ｃは円筒面としても良い。
【００１４】
内輪２は、左右一対の分割内輪２Ａ，２Ｂからなり、両分割内輪２Ａ，２Ｂの間に間座輪２Ｃが設けられている。両側の分割内輪２Ａ，２Ｂは、円すい面からなる軌道面２ａ，２ｂが外周に設けられている。これら分割内輪２Ａ，２Ｂは、両端に大鍔８および小鍔９を有している。なお、間座輪２Ｃを省略し、両側の分割内輪２Ａ，２Ｂが幅面で互いに接するものとしても良い。
【００１５】
両列の転動体４，５は、円すいころからなるが、片方の列の転動体４の寸法を、もう片方の列の転動体５よりも大きくしてある。この寸法として、転動体４，５の幅寸法Ｌ１，Ｌ２、および平均外径を、共に片方の転動体４の方を大きくしてある。寸法を大きくするのは、スラスト荷重の主支持側の列である。これにより、スラスト荷重の主支持側の列が、接触角θ１および転動体寸法の両方とも大きなものとされている。                        
【００１６】
この構成の非対称の複列転がり軸受１は、左右の列に非対称の負荷が作用する用途、例えば大きなスラスト荷重がかかる方向，頻度がほぼ一方向である場合等に用いられる。その場合、大きなスラスト荷重を受ける列を、転動体４の寸法を大きくした列、あるいは接触角θ１を大きくした列として設置する。
このように、大きなスラスト負荷を受ける列について、接触角θ１を大きくし、かつ転動体の幅寸法Ｌ１を大きくし、その列の実質負荷容量を大きくしたため、転がり疲労寿命が向上する。また、スラスト荷重に限らず、ラジアル荷重負荷についても、転動体寸法を大きくした列の負荷容量が増大されているため、転がり疲労寿命が向上する。これらにより、複列転がり軸受１の全体としての転がり疲労寿命が向上し、また軽負荷側の列では材料に無駄のない経済的なものとなる。
【００１７】
この複列転がり軸受１は、図２に示すように、外輪３の球面状の外径面３ｃを軸受ハウジング１０の球面状の内径面１０ａに嵌合させて設置される。これにより、軸受ハウジング１０と外輪３との間で、軸受全体の調心性が持たせられる。このように調心性を持つため、軸受ハウジング１０の精度誤差や、取付誤差による軸の傾きを吸収でき、また運転中の軸の撓みを吸収できる。これにより、無理な負荷が回避できて、転がり疲労寿命がより一層向上する。外輪３の外径面３ｃを球面状とすることで調心性を持たせるため、例えば一般的な自動調心軸受等のように、表面精度の要求の高い外輪の軌道面を球面状とするものに比べて、製造が簡単である。
【００１８】
図３は、この発明を複列アンギュラ玉軸受に適用した実施形態を示す。この実施形態の複列転がり軸受１Ａにおいては、左右の列の転動体４，５の直径を互いに異ならせることで、左右の列の負荷容量を異ならせている。左右の列の接触角θ１，θ２については、互いに同じとしても良いが、この例では転動体径を大きくした方の列の接触角θ１を他方の列の接触角θ２よりも大きくしてある。
【００１９】
外輪３の軌道面３ａ，３ｂ、および内輪２の軌道面２ａ，２ｂは、転動体４，５の球面形状に応じた円弧状の断面形状とされている。外輪３を一体型とし、その外径面３ｃを球面状としたこと、内輪２を左右一対の分割内輪２Ａ，２Ｂおよび間座輪２Ｃからなるものとしたこと、および各列の転動体４，５を各列毎に保持器６で保持させたことについては第１の実施形態と同じである。この実施形態においても、外輪３を分割型としても、またその外径面３ｃを円筒面としても良い。その他の構成は、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００２０】
この実施形態においても、左右の列の転動体４，５の寸法を異ならせ、接触角θ１，θ２を異ならせたことで、左右の列に非対称の負荷が作用する用途に用いられた場合に、負荷に応じた適正な支持が各列で行えて、実質寿命を延長することができ、また材料に無駄のない経済的なものとなる。また、第１の実施形態と同様に、外輪３の球面状の外径面３ｃにより調心性を持つことができる。
【００２１】
図４は、この発明を複列円筒ころ軸受に適用した実施形態を示す。この複列転がり軸受１Ｂは、内輪２と外輪３との間に複列に円筒ころからなる転動体４，５を介在させ、左右の列の転動体４，５の寸法を互い異ならせることで非対称としたものである。両列の転動体４，５は、互いに直径が同じで、幅寸法が異なるものとされている。両列の転動体４，５は、片方の列の転動体４の直径および幅寸法が共に大きいものとしても良い。各列の転動体４，５は、各列毎に保持器６により保持されている。
【００２２】
外輪３は、一体型のものとされ、内周に両列の軌道面３ａ，３ｂが連続した円筒面として形成されている。これら軌道面３ａ，３ｂは独立して形成されたものであっても良い。外輪３の外径面３ｃは半径Ｒの球面状とされている。内輪２は一体型のものとされ、両列の中間および両端に鍔１０，１１が形成されている。なお、鍔１０，１１は、外輪３に設け、内輪２は鍔無しとしても良く、また内外輪２，３共に鍔付きとしても良い。
内外輪２，３間の軸受空間の両端は、外輪３に取付けられたシール１２，１３により密封されている。シール１２，１３は省略しても良く、その省略した例を図５に示す。
【００２３】
この構成の非対称の複列転がり軸受１Ｂの場合、左右の列に非対称のラジアル荷重が作用する用途の場合等に用いられる。その場合、転動体４の寸法を大きくした列が、大きなラジアル荷重を受ける部位となるように設置する。これにより、非対称な負荷に応じた適正な支持が各列で行えて、実質寿命を延長することができ、また材料に無駄のない経済的なものとなる。また、上記の各実施形態と同様に、外輪３の球面状の外径面３ｃにより調心性を持つことができる。
【００２４】
なお、図４，図５の実施形態では、２列の場合につき説明したが、円筒ころ軸受に適用する場合、３列以上としても良い。
【００２５】
図６は、４列の円筒ころ軸受とした例である。この複列転がり軸受１Ｃは、軸受幅の中心に対する左右の列の軸受部分１ａ，１ｂを、それぞれ複列としてある。この例では、軸受幅の中心に対する片側２列の円筒ころからなる転動体４Ａ，４Ｂを、他の片側２列の円筒ころからなる転動体５Ａ，５Ｂよりも幅寸法が大きく、かつ大径のものとしてある。保持器６は、左右の２列毎に１個を設けている。内輪２は、個々の転動体列の間に介在する鍔１４〜１６と、両端の鍔１７，１８を有している。
この構成の場合も、左右で非対称なラジアル負荷に応じた適正な支持が各列で行えて、実質寿命を延長することができ、また材料に無駄のない経済的なものとなる。
【００２６】
図７，図８は、この発明の複列転がり軸受を用いた風力発電機主軸支持装置の一例を示す。支持台３１上に旋回座軸受３２（図８）を介してナセル３３のケーシング３３ａが水平旋回自在に設置されている。ナセル３３のケーシング３３ａ内には、軸受ハウジング３４に設置された主軸支持軸受３５を介して主軸３６が回転自在に設置され、主軸３６のケーシング３３ａ外に突出した部分に、旋回翼となるブレード３７が取付けらている。主軸３６の他端は、増速機３８に接続され、増速機３８の出力軸が発電機３９のロータ軸に結合されている。ナセル３３は、旋回用モータ４０により、減速機４１を介して任意の角度に旋回させられる。
【００２７】
主軸支持軸受３５は、図示の例では２個並べて設置してあるが、１個であっても良い。この主軸支持軸受３５に、上記各実施形態のうち、スラスト荷重の負荷が可能ないずれかの実施形態における複列転がり軸受１，１Ａが用いられる。
【００２８】
このように風力発電機の主軸支持軸受３５に、上記実施形態の複列転がり軸受１，１Ａを適用した場合、ブレード３７に対して遠い方の列がスラスト荷重負荷列となる。そのため、このスラスト荷重負荷列側に、転動体寸法の大きい列が配置されるように複列転がり軸受１，１Ａを設置する。
【００２９】
歯車支持軸７５，（６２，６４）を支持する軸受８１〜８６は、軸受８１〜８６の取付位置によって、偏ったラジアル荷重が作用する。また、遊星歯車６８を支持する転がり軸受６９は、リングギヤ７２と太陽歯車７３に挟み込まれていて、またその遊星軸７０は片持ち状であるため、遊星軸７０の先端側と基端側とで不均一なラジアル荷重が作用する。そのため、これら歯車支持軸７５，（６２，６４）を支持する軸受８１〜８６、または遊星歯車６８を支持する軸受６９に上記いずれかの実施形態の複列転がり軸受１〜１Ｃを用いることで、その不均一な負荷に応じた適正な支持が各列で行えて、実質寿命を延長することができるという効果が、有効に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明の第１の実施形態にかかる複列転がり軸受の部分断面図である。
【図２】同軸受の軸受ハウジングへの設置形態例を示す断面図である。
【図３】この発明の他の実施形態にかかる複列転がり軸受の部分断面図である。
【図４】この発明のさらに他の実施形態にかかる複列転がり軸受を示す部分断面図である。
【図５】この発明のさらに他の実施形態にかかる複列転がり軸受を示す部分断面図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態にかかる複列転がり軸受を示す部分断面図である。
【図７】この発明の上記いずれかの複列転がり軸受を用いた風力発電機主軸支持装置の切欠斜視図である。
【図８】同風力発電機主軸支持装置の破断側面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１，１Ａ〜１Ｃ…複列転がり軸受
２…内輪
２ａ，２ｂ…軌道面
３…外輪
３ａ，３ｂ…軌道面
４，５…転動体
θ１，θ２…接触角
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2005147331.tif 000009
【図８】
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